ИИ-фреймворк Raygun от Duke уменьшает белки до 50%, сохраняя функцию
Материал подготовлен искусственным интеллектом на основе нескольких источников — ссылки на оригиналы приведены ниже.
Исследователи из Университета Дьюка разработали Raygun — генеративный ИИ-фреймворк, способный уменьшать белки на 10–25% (иногда более чем на 50%), сохраняя их структуру и функцию. Инструмент, описанный сегодня в Nature, также может расширять белки за пределы их естественных размеров и вносить обширное разнообразие последовательностей, что открывает новые возможности для доставки лекарств и белковой инженерии. Новый подход преодолевает ограничения существующих методов, которые неэффективны при масштабных модификациях, включающих замены, вставки и делеции.
Фреймворк Raygun
Raygun кодирует белки не как последовательности переменной длины, а как распределения вероятностей в пространстве фиксированной размерности, что позволяет напрямую сравнивать белки любой длины. Это кодирование, основанное на эмбеддингах языковых моделей белков, позволяет ИИ координировать замены, вставки и делеции по всей последовательности. Фреймворк управляется всего двумя параметрами, которые регулируют степень аминокислотных замен и изменений длины. Настраивая их, исследователи могут уменьшать белки в среднем на 10–25%, а в некоторых случаях — более чем на 50%, или расширять их за пределы естественного размера.
Лабораторная проверка
Команда из Дьюка протестировала Raygun на нескольких белках. Они миниатюризировали флуоресцентные белки до размеров, которые короче 96% из более чем 1000 флуоресцентных белков, занесённых в базу FPbase, причём два варианта установили новые рекорды компактности. Raygun также создал компактную версию TurboID — широко используемой биотиновой лигазы для протеомики, сохранив её ферментативную активность. В демонстрации расширения инструмент сгенерировал варианты эпидермального фактора роста (EGF) с более высокой аффинностью связывания с рецептором EGFR, чем у дикого типа, что подтверждено клеточными анализами.
Преодоление ограничений дизайна
Существующие методы дизайна белков на основе шаблонов в основном полагаются на замены и становятся вычислительно неосуществимыми, когда изменения превышают несколько десятков сайтов. Способность Raygun работать со вставками и делециями — инделами — имитирует скоординированные мутации, характерные для естественной эволюции, выступая, по выражению Phys.org, в роли «молекулярного уменьшающего луча». Это позволяет проводить масштабные модификации без потери основной структурной целостности белка — процесс, который исследователи сравнивают с реконструкцией здания, где можно добавлять или убирать целые комнаты, а не просто перекрашивать стены.
Что дальше
Следующим шагом команды из Дьюка станет применение Raygun к более широкому спектру терапевтических белков, включая те, что используются в генной терапии, где критична компактность. Однако остаётся неясным, как эти переработанные белки поведут себя в живых организмах, поскольку стабильность in vivo и возможные иммунные реакции ещё предстоит проверить.
4 источника
ИИ-фреймворк Raygun от Duke уменьшает белки до 50%, сохраняя функцию
